大规模利用太阳能时代即将到来-太阳能新能源论文(1)

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翻新时间：2023-03-09

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大规模利用太阳能时代即将到来-太阳能新能源论文(1)

2005年，是爱因斯坦发现光电效应100周年。这位伟大的物理学家也许不会想到，今天在光电效应的诸多应用中，最值得关注的是太阳能光电池。

太阳能引起全世界关注世界各国都在大力鼓励太阳能光电产业的发展。据报道，日本1992年启动了新阳光计划，到2003年日本光伏组件生产占世界的50%，世界前10大厂商有4家在日本。

德国新可再生能源法规定了光伏发电上网电价，大大推动了光伏市场和产业发展，使德国成为继日本之后世界光伏发电发展最快的国家。太阳能之所以引起全世界的关注，一个重要原因是：由于这些年来人们对太阳能光电池所做的努力，已经使多晶硅光电池转化率达到15%，单晶硅光电池转化率是20%，砷化镓光电池是25%，在实验室中特制的砷化镓光电池甚至已高达35%-36%！在国际市场上，目前太阳能电池的价格大约为每瓦3.15美元，并网系统价格为每瓦6美元，发电成本为每千瓦小时0.25美元。

也就是说，太阳能光电系统的发电成本，约为1996年美国煤电成本4.8至5.5美分/千瓦时的5倍。注意到太阳能光电池的发电成本在沙漠地区和日常生活地区在日照时间有较大差别，所以，实际上现有太阳能光电池的成本约是煤电成本的5至8倍。

煤是全程污染的能源。在煤的开采、运输、利用的过程中，都或者有废渣、废水，或者有废气的排出。

所以，在计算煤的发电成本时，就不仅要计算它的内部成本，还要将外部成本，亦即要将社会对污染环境所付出的代价计算在内。在欧洲的一项历时10年的研究结果表明，煤电的外部成本将高达2至15欧分/千瓦时，由此可算出煤电的“内部成本+外部成本”将是7.3至24.25美分/千瓦时，亦即比煤电的5美分/千瓦时上升50%至350%！所以，如果太阳能光发电的成本能够下降到10美分/千瓦时，就将有巨大的经济效益！太阳能电池将有多少降价空间有许多人看好太阳能光伏电池的未来。

认为到了2020年，光伏电池成本将由现在的25美分/千瓦时下降到10美分/千瓦时，也有人认为到2010年即能下降到10美分/千瓦时。一个新的设想是：“价廉物美的定日镜+高转化率的聚光光电池+高效率的散热体系”，能否大幅度降低太阳能光发电成本？在现有太阳能光电池的发电模式中，多数采用方位固定的大面积的平板式光电转化模式。

这一模式的广泛利用，有赖于有大规模的廉价的并有一定转化率的光电池的供应。但是，如果能有高转化率的聚光光电池供应，亦即这一光电池不仅在通常太阳光的辐照下能维持25%至35%的光转化率，而且能在聚光条件下，如将太阳光聚光300至700倍，仍能维持较高转化效率和较长工作寿命的话，（当然，这一聚光光电池必须伴有一效率较高的散热系统，否则会被太阳烧蚀，将能期望用较少量的聚光电池，获得较大的光伏电能。

现在在国际市场上已出现有这种聚光电池，其价格约为普通光电池的5至10倍，其光电转化率却高达30%。如果人类能大规模生产这种聚光光电池，那么太阳能光发电的成本，将主要转移到能跟踪太阳旋转的聚光镜，又名为定日镜的制作和运转的成本上。

所以，人们将能期待“价廉物美的定日镜+高转化率聚光电池+高效率的散热体系”的发电模式，能比现有大面积平板式光伏电池有更大的降价空间。不幸的是，现有能跟踪太阳旋转的定日镜却是价格十分昂贵的高成本的运转体系。

但是，现在在国外发展的定日镜，毕竟还是一个规模较庞大的体系。新近由国外归来，并在中国科技大学任教的陈应天教授却发明了一种新型的定日镜，对任何方位太阳光的入射，均能有效地消除由镜面设计的缺陷而造成的像差，而且这一定日镜体系还能有效地跟踪太阳的旋转，并且其控制体系将能由通常定日镜所需二维控制降为只需进行一维控制！这就使得人类对于太阳能的利用，出现某种新的可能，亦即由于太阳能聚光镜成本的大幅度降低，从而获得比煤电发电内部成本更为低廉的电力。

中国有多少太阳能资源沙漠地区将能集中地提供丰富的太阳能。我国现有沙漠约52万平方公里，有沙漠化土地17.6万平方公里，潜在沙漠化土地15.8万平方公里，三者共计为85.4万平方公里。

大部分集中在内蒙古地区和新疆地区。如果太阳能转化为电的效